由于特殊地域和地质环境条件,中国的西部地区发育众多的高陡边坡,边坡失稳事故频发,特别是在分布大量层状岩体的区域。在通常的认识中,一般顺层边坡的稳定性较差,而反倾边坡的稳定性相对较好,但是越来越多的反倾边坡发生倾倒变形破坏的案例,改变了这一“常识”,且反倾边坡倾倒破坏案例都是大型滑坡,灾害损失巨大。本文依托国家科技支撑计划课题专题“西南山区典型高边坡灾变机理与过程控制研究(2015BAK09B01-2)”和重庆市基础与前沿研究计划项目(重点):“三峡库区的典型节理化岩质高边坡的灾变破坏机理及稳定性动态评价方法”(cstc2015jcyjBX0139),基于室内物理模拟试验和理论分析,建立了反倾岩质边坡次生倾倒破坏的地质力学模型,揭示了反倾岩质边坡次生倾倒的形成过程和灾变机制,并提出了该类边坡整体稳定性的分析方法,定义了综合安全系数。本文取得的主要研究成果如下:(1)针对反倾岩质边坡次生倾倒,通过物理模拟试验,揭示了岩层上覆土压力分布规律、岩层的破坏模式和破坏基准面的形状与位置。根据库伦主动土压力理论得到的下卧岩层表面各点法向压力的理论值与实测值都呈线性增长,但是由于土拱效应的存在,它们线性增长比例不同,随着上覆土体厚度的增加,土拱效应越明显。下卧软岩的弯曲倾倒变形破坏过程并不仅取决于最大拉应力大于等于岩层材料的抗拉强度的点,可能存在多个最大拉应力超过岩层材料的抗拉强度的点,导致各岩层上表面开裂,并形成塑性弯曲,各岩层之间相互作用,协调平衡,当整体平衡失稳时,边坡即发生破坏,所以将各岩层之间的相互作用力当作分布荷载考虑更为合理;岩层之间传递的内力的分布形式难以用单一的函数描述。节理化岩质边坡在坡后土体作用下次生倾倒的整体破坏面是一通过坡脚的平面,破坏平面顶端出现向坡外的轻微弯折趋势,破坏平面与层面法线方向呈0°~25°的夹角。(2)引入岩层横截面上节理面的粘聚力和岩石抗拉强度随岩层嵌入深度的折减系数,采用“叠合悬臂梁”描述反倾岩层次生倾倒变形的力学过程,改进了反倾岩层的极限平衡分析方法。(3)基于刚体平衡理论和变形协调方程,利用空间几何关系,引入重度增大系数,提出了反倾岩质边坡次生倾倒的稳定安全系数的估算方法。基于极限平衡理论,建立了反倾岩质边坡在坡后土体推力作用下的次生倾倒地质力学模型,推导出了坡体任意岩层下推力的理论公式,定义了任意岩层变形破坏的安全系数和边坡整体倾倒破坏的综合安全系数。(4)提出了反倾岩质边坡潜在最危险破坏面的理论计算方法,基于matlab程序确定了影响潜在最危险破坏面位置的敏感因素包括:反倾岩层厚度t、岩层倾角ρ、坡面倾角φ、地下水位线倾角λ、岩层层面粘聚力c′、岩层横截面的节理连通率k、岩层横截面上节理面的粘聚力和岩石抗拉强度随岩层嵌入深度的折减系数Λ。(5)基于叠合悬臂梁模型,结合叠加原理,推导了开挖反倾边坡中任意岩层弯曲变形的转角函数和挠度函数的理论公式。揭示了坡体几何和物理力学参数对岩层倾倒变形的影响规律。坡顶水平方向位移随岩层倾角的增大而非线性增加;而坡顶竖直位移整体上是先增大,然后逐渐减小,转折点在ρ=55°~70°。随着岩层厚度的增加,边坡坡顶的水平位移逐渐减小,但是坡顶水平位移的减小速率随着岩层厚度的增加而逐渐减缓,最后趋于零。保持岩层厚度不变,坡顶水平方向位移随着岩层层数的增多而增大。当坡体高度小于30m左右时,坡顶水平方向位移随边坡高度的增加而增加的速率比较缓慢;反之,坡顶水平方向位移随边坡高度的增加而增加的速率比较快。坡体岩层随切坡面倾角的增大而弯曲的程度加大,且呈先慢后快的趋势,转折点是φ>70°。当地下水位线倾角小于50°时,坡顶水平方向位移基本保持不变;当地下水位线倾由50°逐渐增加到60°时,坡顶水平方向位移逐渐增大,且坡体高度越大,坡顶水平方向位移的增大幅度越明显。坡顶水平方向位移随坡顶荷载作用的增大而线性增加,且坡体高度越大时,坡顶水平方向位移随坡顶荷载作用的增大而线性增加的速率越大。